五軸加工中心的數(shù)控編程后置處理研究開題報告.doc

畢業(yè)設計（論文）開題報告題目五軸加工中心的數(shù)控編程后置處理研究專業(yè)名稱：機械設計與制造及其自動化班級學號：068105306學生姓名：陳瑞良指導教師：于斐填表日期2010年3月5日2一、選題的依據(jù)及意義：后置處理技術(shù)是隨著數(shù)控技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。最早的數(shù)控程序都是手工編制，不存在后置處理問題。近年來，自動編程CAD/CAM軟件取代了手工編程，它具有編程速度快、精度高、穩(wěn)定性好、更改方便和易于管理等特點，但是自動編程經(jīng)過刀具軌跡計算產(chǎn)生的刀位數(shù)據(jù)文件不能被機床識別，需要設法把刀位數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成數(shù)控指令代碼，通過通信的方式輸入數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)，才能進行零件的數(shù)控加工1。因此，要把前置處理產(chǎn)生的刀位數(shù)據(jù)文件、加工工藝參數(shù)與特定的機床特性文件、定義文件相結(jié)合，生成指定數(shù)控加工設備能夠識別的數(shù)控加工程序，該過程稱為后置處理（post-processing）2。后置處理程序?qū)AM系統(tǒng)通過機床的CNC系統(tǒng)與機床數(shù)控加工緊密結(jié)合起來。隨著高檔數(shù)控加工中心、特殊結(jié)構(gòu)數(shù)控機床的不斷出現(xiàn)，為其配置和開發(fā)合適的后置處理器愈顯重要，這對提高數(shù)控編程效率、擴大CAD/CAM一體化技術(shù)的應用范圍具有重要的工程應用價值和實際意義，目前后置處理技術(shù)已經(jīng)成為CAD/CAM技術(shù)領(lǐng)域的一個研究熱點。后置處理系統(tǒng)分為通用后置處理系統(tǒng)和專用后置處理系統(tǒng)。通用后置處理系統(tǒng)是今后發(fā)展的方向，但在目前無論是國外還是國內(nèi)真正能夠做到完全通用后置處理系統(tǒng)幾乎沒有3，因為通用后置處理是以標準刀位數(shù)據(jù)、通用的數(shù)控指令為前提進行考慮的4。雖然國際標準化組織(ISO)、美國國家標準協(xié)會(ANSI)和電子工業(yè)協(xié)會(EIA)對刀位源文件、后置處理語句和數(shù)控指令都有相應的標準，但各數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商采用不盡相同的標準，數(shù)控系統(tǒng)的指令格式多樣，由于競爭需要還會采用一些非標準的內(nèi)容5，有些數(shù)控系統(tǒng)的擴展功能己經(jīng)超出了前置處理刀位數(shù)據(jù)的規(guī)定格式，如樣條曲線、漸開線等，而目前的通用后置處理系統(tǒng)還只是考慮直線和圓弧6，多數(shù)采用離散直線來逼近工件輪廓，零件形狀越復雜，數(shù)控程序量越大7，而且多軸加工時還要考慮非線性運動誤差校驗、進給速度的校核、特定數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控加工程序的生成等問題，以保障數(shù)控加工的安全、可靠8。隨著產(chǎn)品加工精度及復雜程度的提高，使得數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床技術(shù)不斷發(fā)展變化，造成通用后置處理器越來越難以適應這種現(xiàn)狀。實踐表明，直接利用通用后置處理器生成的NC代碼一般都與用戶使用的數(shù)控機床和系統(tǒng)的要求不符，導致數(shù)控加工過程不能安全、可靠地進行9。專用后置處理器與相應的數(shù)控機床和系統(tǒng)完全匹配，能充分3發(fā)揮數(shù)控加工能力。MIKRONUCP600是瑞士產(chǎn)的高速五軸立式加工中心，它配置了STEPTEC高速電主軸（主軸最高轉(zhuǎn)速為20000轉(zhuǎn)/分），可以在最佳的切削條件下，對從淬硬鋼到塑料的材料進行加工。高速切削相對傳統(tǒng)加工有以下特點：一是提高生產(chǎn)效率。高速切削加工允許使用較大的進給率，比常規(guī)切削加工提高510倍，單位時間材料切除率可提高36倍；二是降低切削力。由于高速切削采用極淺的切削深度和窄的切削寬度，因此切削力較小，與常規(guī)切削相比，切削力至少可降低30。這對于加工剛性較差的零件來說可減少加工變形，使一些薄壁類精細工件的切削加工成為可能；三是提高加工質(zhì)量。因為高速旋轉(zhuǎn)時刀具切削的激勵頻率遠離工藝系統(tǒng)的固有頻率，不會造成工藝系統(tǒng)的受迫振動，保證了較好的加工狀態(tài)。由于切削深度、切削寬度和切削力都很小，使得刀具、工件變形小，保證了尺寸的精確性，實現(xiàn)了高精度、低粗糙度加工；四是加工能耗低。由于單位功率的金屬切除率高、能耗低、工件的在制時間短，從而提高了能源和設備的利用率；五是簡化加工工藝流程。常規(guī)切削加工不能加工淬火后的材料，淬火變形必須進行人工修整或通過放電加工解決。高速切削則可以直接加工淬火后的材料，在很多情況下可完全省去放電加工工序，消除了放電加工所帶來的表面硬化問題，減少或免除了人工光整加工10。針對MIKRONUCP600五軸加工中心和HeidenhainITNC530數(shù)控系統(tǒng)11，通過UG/PostBuilder需逐一完成機床類型及技術(shù)參數(shù)定制、旋轉(zhuǎn)軸超限時的處理、數(shù)控系統(tǒng)定制、程序和刀軌參數(shù)的設置、NC數(shù)據(jù)的定義和后置處理文件列表等具體內(nèi)容，最后獲得符合MIKRONUCP600五軸加工中心的后置處理器。五軸加工中心是加工復雜零件的現(xiàn)代化設備，由于五軸加工的復雜性，后置處理器的開發(fā)越來越復雜，近年來考慮到機床結(jié)構(gòu)和便于排屑等因素又出現(xiàn)了一些帶傾斜轉(zhuǎn)臺或者傾斜擺主軸頭的特殊結(jié)構(gòu)的五軸加工中心，這都對后置處理器的開發(fā)提出了新的要求，后置處理問題解決不好，輕則不能發(fā)揮加工設備的新功能和加工效率上的優(yōu)勢，造成大材小用，重則由于程序問題造成生產(chǎn)事故。因此本課題針對MIKON五軸加工中心開發(fā)后置處理程序具有重要的現(xiàn)實意義和工程應用價值。二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）：2.1后置處理技術(shù)研究現(xiàn)狀關(guān)于通用后置處理器的開發(fā)和應用，國外已經(jīng)非常成熟和普及，當前所有的圖形交互式自動編程CAD/CAM軟件都帶有通用后置處理器12。如UG提供一個通用后置處理4器UG/PostBuilder，可以圖形方式創(chuàng)建從二軸到五軸的后處理程序。其后置處理器主要由事件生成器、事件處理器和定義文件三部分組成，它們一起將刀具路徑轉(zhuǎn)換成為一系列數(shù)控機床能夠直接讀取和執(zhí)行的數(shù)控程序13。而MPFAN.PST是MasterCAM內(nèi)置的一個通用后置處理器，該處理器完全針對應用很廣泛的日本FANUC數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)，采用開放式功能型數(shù)據(jù)庫技術(shù)設計，允許用戶根據(jù)特定數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)的具體情況，在MPFAN.PST基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)，從而定制出適合該特定數(shù)控機床系統(tǒng)的專用后置處理器。使用MasterCAM進行自動編程的用戶一般都采用默認的MPFAN.PST通用后置處理器去生成NC文件，然后再對該NC文件進行人工修改，使改動后的NC文件符合機床要求14。加拿大ICAM公司的CAMPOST可以覆蓋國內(nèi)外流行的90以上的CAD/CAM軟件和NC系統(tǒng)，它可以讀取所覆蓋的CAD/CAM軟件所生成的刀具路徑文件，定制所覆蓋的NC系統(tǒng)的專用后置處理器。同樣英國Delcam公司的產(chǎn)品PowerMILL和以色列的CAD/CAM軟件Cimatron等也提供各自的通用后置處理器151617。在國內(nèi)來說，比較成熟和普及的自動編程CAD/CAM系統(tǒng)要數(shù)北京航空航天大學開發(fā)的CAXAME（制造工程師）軟件，它采用通用后置處理器，可以提供常見的數(shù)控系統(tǒng)后置處理格式，而且用戶還可以自定義專用數(shù)控系統(tǒng)的后置處理格式18。但該軟件有較大的局限性，只適用于一般的銑削加工，在解決Sodick類型機床的數(shù)控代碼時，如果零件中涉及到孔的加工，將不能生成相應的程序代碼19。華中理工大學的張利波等人提出了一種基于配置文件的開放式數(shù)控編程通用后置處理模型，定義了配置文件的語法規(guī)則，給出了配置文件的BNF語言描述及相應的解釋算法，并在HUSTCADM系統(tǒng)中實現(xiàn)，但對于多軸數(shù)控加工的后置處理還是不能通用20。程筱勝等人對南京航空航天大學的超人CAD/CAM系統(tǒng)的通用后置處理系統(tǒng)進行了研究，開發(fā)了具有交互式圖形系統(tǒng)的通用后置處理程序，盡管該后置處理系統(tǒng)具有很好的可靠性和較強的通用性，但超人CAD/CAM系統(tǒng)和HUSTCADM系統(tǒng)都沒能走向商品化。北京航空航天大學的曾愛華等人，以通用化、結(jié)構(gòu)化、模塊化的基本設計思想對通用后